带有手动启动回冲泵的毛细薄膜过滤器的制作方法

专利名称：带有手动启动回冲泵的毛细薄膜过滤器的制作方法
技术领域：
本发明是有关用于污水过滤，特别是家庭用途的装置。
背景技术：
世界上数百万人仅能取用严重污染的水，特别是被细菌及病毒污染的水。因此，建 议不同种类的水过滤装置作为使用点(point of use)装置或家用装置。艾诺威(Inoue)等人的美国专利第4，636，307及欧洲专利申请案EP 617 951揭 示一种可携式水纯化单元，其具有与中空纤维模组串联的活性碳或离子交换树脂的预过滤
ο若未使用预过滤器，中空纤维模组即有因污染物积在纤维上游而堵塞的倾向。中 空纤维过滤器的堵塞一般在常见过滤器中已知，例如揭示于吉洛特(Guillot)等人的美国 专利第7，179，636号，其中蠕动式泵使用回冲来洁静中空纤维。然而，蠕动式泵并非对可携 式使用点装置的实用解决方案。因此，有利的是寻找不同解决方案。图8中显示了可携式净水装置可从米列宁姆波 (Milleniumpore )公司购得。在此 装置中，水槽102经由软管104连接于过滤单元106的下部。通过手动启动气球108，将空 气打入槽中产生压力，予以驱动，使水自水槽102进入过滤单元106，在过滤动作之后，其自 过滤单元106经由第二软管110到达过滤单元106的上部112。该第二软管110连接至净 水槽114，于该净水槽113中贮积水，若净水槽中水位高于具有第三软管116的连接器118， 即经由第三软管116排出。当过滤单元106中的过滤器堵塞时，来自净水槽114的水即可 通过启动气球120，在净水槽114中产生压力，经由软管110加压，使之返回过滤单元106。虽然满足提供净水并具有用以回冲过滤器的装置的需要，但该装置庞大，对乡下 地区的游牧民族不具吸引力，在此容易从一处运送至另一处很重要。在过滤单元用于从一 处快速迁移至另一处的难民情况下，也需要搬运的容易度。实际上，为减重，该米列宁姆波 净水装置须清空以便搬运。然而，在再度启用时，须经过过滤单元106泵入足够的水，其原 因在于，当净水槽注满水时，水才可从装置放出。这种特点使得该装置不适于用来作为可携 式滤水器。米列宁姆波过滤器的另一缺点是需要气球的手动压力，以迫使水通过过滤单元。 较佳是有更容易的过滤方法。发明目的因此，本发明的目的在于提供容易使用及搬运的小型中空纤维使用点或家用过滤 单元。

发明内容
本发明目的是实现一种污水过滤装置，其特征在于，该装置设有外壳，在定向供应 适当使用时，包括污水入水口，位于滤水器的上游；
滤水器，具有多数毛细薄膜，该种毛细薄膜埋设于其上及下侧的密封剂中，以完全密封外壳完全密封；渗透连接器，位于该滤水器的下游，以排放渗透物；回冲连接器，位于该滤水器下游的外壳，并在用来回冲该薄膜的该渗透连接器下 方；排放装置，位于该外壳下端；手动启动泵。相对于上述米列宁姆波过滤器，外壳的回冲连接器位于外壳的渗透连接器下方。 其优点由下可知。若回冲连接器位于外壳的渗透连接器上方，较佳地，该回冲连接器是与渗 透连接器相同种类的短嘴管，空气即可能积在手动回冲泵中，以致于因空气阻碍毛细管的 亲水性而无法进行适当的回冲，除非在米列宁姆波 净水装置情况下，使用中间净水槽，其 中来自气球的空气压力对净水槽加压以利于回冲。然而，通过设置手动泵于渗透连接器下 方，在水经由渗透连接器抽取之前，例如气球的泵空间即与过滤器一起注入水。因此，可保 证若滤水器中有水，手动泵的回冲便利性即可使例如气球发挥功能。通过这种手段，无需过 滤壳体以外的个别净水槽，其原因在于，在标准使用期间，用于回冲的手动泵直接连接于外
tJXi O较佳地，手动启动泵可为活塞泵，然而，尤佳者为诸如可绕蛇腹管/气球的压挤 泵，不过，也可应用其他压挤泵。在某些实施例中，渗透连接器位于外壳侧，然而，这并不是严格要求的，就入水口 而言，也无严格的位置要求。然而，入水口位于外壳底部的某些构形有利，其原因在于，若软 管设有上排放阀，供至外壳的水即会将空气压出过滤器。在某些实施例中，手动泵直接连接于回冲连接器。特别是在泵为气球情况下，这是 非常小型化的解决方案。若外壳具有较小尺寸，例如横截尺寸具有直径最大为50mm(毫米) 的外接圆的管状外壳，小型化即达成极大程度。较佳地，外壳是直径最大为50mm(毫米)的 圆筒形。替代地，泵，较佳地，气球经由软管连接到回冲连接器，该软管具有直接连接到泵 的第一端以及直接连接到回冲连接器的第二端。因此，不必像米列宁姆波一样需要中间净 水槽。相对于较大净水槽须注水并保持注水以提供发挥功能的可回冲过滤器的米列宁姆波 装置，仅需要较少的水来保证回冲设施。在搬运情况下，注入水的本发明小型过滤器比米列 宁姆波装置更易于接受，其原因在于，用在过滤器的水量可像无需中间净水槽一样更小。例如气球的手动泵经由可绕软管连接到过滤器，泵通常会相对于回冲连接器悬 挂，并注入水。在又一实施例中，外壳包括一贮槽(7)，用以将污染物贮积于外壳的下部。这种污 染物容许超时贮积，直至下排放装置开启，以抛弃污染物为止。使用重力进给装置是较佳的选择。因此，在又一实施例中，该装置包括进给水贮 槽，其污水位于重力进给水至外壳的外壳上方至少50cm(厘米)处，更正确地说，至少1米 处。由于具有中空纤维的过滤器是有效率的净水器，且在适当使用期间保证回冲设施 的适当发挥功能，因此，即使在干燥状况下搬运之后，大多仍无对任何化学预过滤步骤的迫切需要。因此，在又一实施例中，该装置不包括抗菌源、活性碳及离子交换树脂的任何化学 预过滤步骤。可仅使用形体粗糙的过滤器来避免较大粒子进入毛细过滤器中。有利地，毛细薄膜过滤器单元有利地配置来阻止大小超过0. 2微米的病毒、细菌 及寄生虫。例如，使用具有介于0.1与0.2微米间的孔尺寸的内微生物隔离层。若使用管 状外壳，其横截面具有小于50mm(毫米)的直径的外接圆，且外壳的长度小于40cm(厘米)， 即可达到10秒至少1升的水流，其对如乡下地区的家用过滤器的大多数用途很充分。使用 在重力条件下，污水槽在外壳上方一段距离的过滤器，水会逐渐流经外壳且被过滤。无需干 预动作，例如压挤泵动作，对使用者很方便。例如，毛细薄膜具有1000-1500L(升)/m2 (米2) /hr (小时)/bar (巴)，例如 1200-1500L/m2/hr/bar的通量。换言之，若压力为1巴，薄膜的每一平方米表面积的通量分 别为每小时1000-1500L或每小时1000-1500L。若Im2的薄膜表面位于外壳中，理论上，水 流在每小时100-150L或每小时120-150L间。较佳地，毛细薄膜的表面有惰性，不积极或消极地使表面粒子带电。此惰性防碍过 滤器中的堵塞。毛细薄膜对外壳的密封较佳地由环氧树脂或聚胺基甲酸乙酯制成。毛细薄膜的有利材料例如依欧洲专利EP 241995所说明，是包括聚醚砜 (PolyEtherSulfone (PES))聚乙烯吡咯烧酮(Polyvinylpyrrolidone)及氧化锆(ZrO2)的 成分。某些选择的实施例可如以下外壳为具有纵轴的长形，且手动启动泵包括一具有第一肩部及第二肩部的蛇腹 管，该第一肩部被朝着该第二肩部，沿外壳的纵轴按压时，压缩蛇腹管；或外壳为具有纵轴的长形，且手动启动泵包括一组用以压缩蛇腹管的握把，该种握 把装设铰链以沿实质上与外壳的纵轴正交的方向进行压缩动作；或手动启动泵包括一用以压缩蛇腹管的单一握把，该种握把装设铰链以沿实质上与 外壳的纵轴正交的方向进行压缩动作，其中握把也包括一压挤器，其用来在蛇腹管未压缩 时关闭一排放管；或手动启动泵包括一可压缩气球，其覆盖外壳的表面的一部分。任选地，为进行回冲操作，外壳可包含一浮球，其用来在外壳中的水位随着来自手动泵的增压而上升时，关闭入水口。


将参考附图更详细说明本发明，在附图中图1显示根据本发明的污水过滤装置的原理；图2是在回冲活塞注入净水之前，装置的示意图；图3是在回冲活塞注入净水之后，根据第2图的装置的示意图；图4是在以活塞回冲之后，根据第2及3图的装置的示意图；图5是具有注水的回冲气球的装置的示意图；图6是通过气球回冲之后，装置的示意图；图7是具有连接于回冲连接器的不同实施例，
其中a)入水口位于上侧及b)入水口位于下侧；图8是来自米列宁姆波《公司的已知过滤装置。图9是又一实施例，其中手动泵系形式为压挤蛇腹管的气球，其轴向对过滤器操 作，图的左侧显示压挤前的装置，且右侧显示压挤后的装置；图10显示具有径向操作握把的蛇腹管的实施例；图的左侧显示压挤前 的装置，且 右侧显示压挤后的装置；图11显示以外壳侧的握把操作的蛇腹管的实施例，具有径向操作握把的蛇腹管 的实施例；图的左侧显示压挤前的装置，且右侧显示压挤后的装置；图12显示气球/蛇腹管附装于外壳侧的实施例。
具体实施例方式图1显示的污水过滤装置。毛细薄膜3埋设在环氧树脂或聚胺基甲酸乙酯中，密 封毛细薄膜3与外壳1间的空隙4。在制造期间内，将毛细管罐装在树脂中并在端部切除， 通常自罐装端切去5mm (毫米)。管状，较佳为圆筒形外壳设有形式为渗透连接器的渗透开 口 21，其用于将渗透水从过滤器排入净水贮槽11内。在渗透连接器21下方，形式为回冲连 接器的回冲开口 6设在外壳，供回冲薄膜以防薄膜堵塞。外壳的上端设有污入水口，且下端 设有用以贮积来自污水的污染物的贮槽7。外壳1在贮槽7下方具有排放阀8，其用来从贮 槽7排出污染物。使用时，从生水贮槽(未图示)经过入水口 2将水供入过滤器中，并以水注满该外 壳。为了在清空后注入水，开启排放阀以便逸出空气，此空气是在外壳的注水中数秒内造 成。替代地，空气可经由入水口逸出。为使得积在过滤器中的空气最快速地离开过滤器，夕卜 壳1可上下倒转，使水自下方经由入水口 2流入外壳中，且空气从上方经由开启的排放阀8 逸出。为了适当过滤，使外壳1回复原来正确定向。为了过滤，水从毛细管的内部空间，经 由毛细壁并经由渗透连接器21流动。来自污水的过滤水贮存于外壳底部的贮槽7中。此装置尤其适合用来作为可携式滤水器或家用过滤器。特别是，此装置包含超过 滤毛细薄膜。在使用一段时间后，毛细薄膜的孔口可能遭到堵塞，以致于过滤时间及速度不可 接受地很长。为恢复过滤能力，回冲薄膜3。依图2、3及4的顺序图示第一回冲原理。在图2中显示手动操作的回冲用活塞泵 处于活塞正位于回冲开口 6上方而使活塞下方的空间注满净水。在图3中，通过从净水贮 槽11经由毛细管间的空隙抽吸净水，将活塞9拉起。有可能水也从污入水口，经由毛细管 吸出，使活塞9以下的水为净水。接着，可关闭具有渗透管5的渗透连接器21，并开启排放 阀8，将活塞9的手动下压而产生施加于冲水上的压力迫使水经由薄膜3倒退而自排放阀8 流入排放贮槽12，冲水使污染自薄膜3的内表面松解，如图4所示，将其与冲水一起移除。图5及6显示一替代实施例，其形式为可挠手动操作气球10的压挤泵替代活塞。 连接于回冲连接器6及位于渗透连接器21的出口下方的气球10注入净水。如图6所示， 通过关闭具有渗透管5的渗透连接器21，开启排放阀8，并一起按压气球10，水即从气球回 冲毛细管，经由排放阀8进入排放贮槽12。关闭排放阀8及开启渗透管5会导致气球自净 水贮槽11将水吸入气球的内部空间。替代地，气球10自污入水口 2经由毛细薄膜3注入过滤水。当操作图5及6的气球时，回冲连接器6受某些力量影响，通常要承受连接器6断裂的风险，特别是若外壳1由质轻聚合物制成，更会如此。图7中显示减少断裂风险的改进， 显示了又一实施例，其中形式为气球10的蛇腹管通过软管20连接至回冲连接器6，该软管 20减少当手动压挤汽球10时在连接器6上的负荷。针对负荷，软管20使汽球10与回冲连 接器6分离。在此情况下，图7a的装置也包括多数微孔的毛细管3，水或其他流体经由入水口 2 进入该毛细管3。水经由毛细管3流入下端的排放贮槽7，在前冲情况下，水可自此经由位 于排放水出口 13的阀8排出，其中水直接从入水口 2经由外壳沿内毛细管壁并经由排放阀 8流出。若在排放水出口 13的排放阀8关闭，水上的压力即迫使水流经毛细管壁14并流入 毛细管3间的间隙15。水可从间隙15排出以经由也具有阀16的渗透连接器5取用。气球10由可挠材料，例如可手动压缩的可挠聚合物制成。当渗透外壳5被阀16 关闭时，压力施加于气球10，压力驱使水自气球经由毛细管壁14，返回进入毛细管3中。该 回冲迫使微生物及其他粒子离开毛细孔并远离毛细管3的内表面。此净化可进一步藉由透 过排放阀8所作后续或同时向前冲，自过滤装置1移除微生物及粒子。为提供流经外壳1的适当水流，毛细管3的敞开出口端17与排放阀8间的下贮槽 7以例如具有半球形的壁部的弯曲壁18形成。此种形状的优点就靠近外壳1的毛细管而 言，是无大量扰流的适当水流。这与扁平端罩相对比，该扁平端罩在某些构形中限制水流经 最外面的毛细管，以致于特别是在向前冲情形下，不利于提供不均勻水流。同样地，入口室 19设有弯曲室壁18’，将适当水流供入最外面的毛细管。图7b中显示一类似图7a装置的装置，不同点在于，替代于上侧，在下侧具有流体 入口 2。取而代之，上端水出口 13及排放阀8位于外壳的上端，以替代位于下端。如此，当 外壳正确定向供适当使用时，水自例如位于过滤器外壳1半米或1米或更多处的贮水槽进 入连接管23，以使用重力来驱使水流经过滤器毛细管3。水自贮水槽流经管23及入水口 2， 进入过滤器外壳1。过滤水经由渗透连接器21离开外壳。在冲水情况下，入水口 2任选地 以入口阀27关闭。关闭很方便，然而，并非绝对必要。事实上，若过滤器同时接受回冲及前 冲，入口阀27即保持开启。在回冲或前冲情况下，排放阀8开启，且排放水经由排放管24 离开外壳，并离开排放管出口 26。任选地，除了排放阀8外，或作为替代例，设置一排放管阀 26。在此构形中，在适当过滤期间，渗透连接器21也位于回冲开口 6上方。然而，为进行回 冲，可改变外壳的位向，使排放阀8向下。图9显示一替代实施例。在此情况下，外壳1也包含毛细过滤器3、排放装置2’及 排放阀8。在外壳1的下部的延伸处设有压缩蛇腹管10’。蛇腹管10’具有第一肩部30及 第二肩部31，其作用如图9的右图所示，当沿圆筒形外壳1的纵轴方向，朝第二肩部31按压 第一肩部30时，压缩蛇腹管10’。当该可压缩蛇腹管被轴向压缩时，如箭头32所示，蛇腹管 内的水被迫进入外壳，造成过滤器的回冲。已压缩的蛇腹管10’的第二肩部31通过压抵于 两个旋转压挤器33、33’，开启排放阀8’，这种旋转压挤器33、33’用来压挤两者间的可挠排 放管2’。当蛇腹管10’被压缩时，这种旋转压挤器33、33’通过作为肩部31的一部分的启 动手段34启动，以开启排放阀8，。接着，排放水自毛细过滤器3流入附装于外壳1的下部 的排放贮槽12。
图10显示具有可径向压缩的蛇腹管10’的实施例。蛇腹管10’包括一对握把34、 34’，其在如第10图的右图所示压挤在一起时，迫使水如箭头32所示自蛇腹管10”进入过 滤器3。握把34、34’对应的动作方向主要是相对于圆筒形外壳1径向的方向。当握把也启 动排放阀8’时，污水经由排放阀8，及排放管2’排放，该排放阀8，包括两个旋转压挤器， 以压挤其间的可挠排放管2。图11显示具有通过握把34操作的蛇腹管10’的实施例，该握把34以铰链35铰 接于外壳1。当如箭头39所示，将握把34压向外壳1时，蛇腹管10’压缩，迫使水自蛇腹管 10’经由回冲连接器6进入外壳1，以回冲过滤器3。握把34也操作属于排放阀8’的一部 分的压挤器37，使排放管2’也可如箭头38所示排放被污染的回冲水。图12显示具有附装于外壳1侧的蛇腹管/气球10’的实施例。通过按压气球，水 被迫进入过滤器3并离开排放阀8，。渗透出口 6连接于阀40，其在对应球形阀座42上有 球形部41。通过旋转球形部41，可调整管嘴43的通道44，使之与渗透出口 6或不与其合 作，通过开启或关闭阀40。任选地，为进行回冲操作，外壳可包含一用以关闭入水口的浮球 45。任选地，排放阀8’是压力阀，其通过气球，在达到某一水压时，自动排出水。例如，压力 阀8’包括复数个相邻唇部相互密封接触的圆顶形配置。当压力达到某一位准时，唇部充分 变形以开启而排出回冲水。
权利要求
一种污水过滤装置，其特征在于该装置设有外壳(1)，在定向供适当使用时，包括污水入水口(2)及排放机构(8、13)；滤水器，位于该外壳中，该滤水器包括多数毛细薄膜(3)，该等毛细薄膜(3)埋设于其上及下侧的密封剂中，被完全密封该外壳；渗透连接器(5)，用以排放渗透物；回冲连接器(6)，用以回冲位于该外壳的该薄膜；手动启动泵(9、10)，连接于该回冲连接器；其特征在于，该回冲连接器(6)位于该渗透连接器(5)下方。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该泵直接连接于该回冲连接器。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该泵经由软管连接于该回冲连接器，该软 管具有直接连接于该泵的第一端，以及直接连接于该回冲连接器的第二端。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该泵是压挤泵。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于该泵是气球。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于该泵是活塞泵。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该密封剂是聚鞍基甲酸乙酯。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该密封剂是环氧树脂。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该毛细薄膜是亲水性。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该毛细薄膜由PES、PVP及Z,02制成。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该毛细薄膜具有1000-1500L/m7hr/bar 的通量。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该毛细薄膜是惰性。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该毛细薄膜是具有0.01与0，1微米间 的孔尺寸的超过滤薄膜。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于该毛细薄膜是具有0.01与0. 02微米间 的孔尺寸的超过滤薄膜。
15.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的装置，其特征在于该外壳包括一用 来贮积污染物的贮槽(7)。
16.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的装置，其特征在于该装置无化学预 过滤步骤。
17.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的装置，其特征在于该装置无抗菌源。
18.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的装置，其特征在于该入水口位于该 外壳的上侧，且该排放机构(8、13)位于该外壳(1)的下侧。
19.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的装置，其特征在于该入水口(2)位 于该外壳的下侧，且一排放装置(8)位于该外壳(1)的上端。
20.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的装置，其特征在于该渗透连接器(5) 位于该外壳侧。
21.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的装置，其特征在于进一步包括生水 贮槽，该生水贮槽连接于该外壳的该污水入水口(2)，并位于该外壳上方至少50cm处，以利 用重力将水进给至该外壳。
22.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的装置，其特征在于该外壳为具有纵 轴的长形，且其中该手动启动泵包括一具有第一肩部(30)及第二肩部(31)的蛇腹管，该第 一肩部(30)被朝着该第二肩部(31)，沿该外壳(1)的纵轴按压时，压缩蛇腹管(10’)。
23.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的装置，其特征在于该外壳(1)为具 有纵轴的长形，且其中该手动启动泵包括一组用以压缩蛇腹管(10’ )的握把(34、34’)，该 种握把装设铰链以沿实质上与该外壳(1)的纵轴正交的方向进行压缩动作。
24.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的装置，其特征在于该手动启动泵包 括一用以压缩蛇腹管(10’ )的单一握把(34)，该种握把装设铰链以沿实质上与该外壳(1) 的纵轴正交的方向进行压缩动作，其中该握把也包括一压挤器，其用来在该蛇腹管未压缩 时关闭一排放管。
25.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的装置，其特征在于该手动启动泵包 括一可压缩气球(10’)，其覆盖该外壳的表面的一部分。
全文摘要
一种污水过滤装置，其特征在于，该装置设有外壳(1)，在定向供适当使用时，包括污水入水口(2)及排放装置(8，13)；滤水器，位于该外壳中，该滤水器包括多数毛细薄膜(3)，该种毛细薄膜(3)埋设于其上及下侧的密封剂中，以完全密封该外壳；渗透连接器(5)，用以排放渗透物；回冲连接器(6)，用以回冲位于该外壳的薄膜；手动启动泵(9，10)，连接于该回冲连接器；其中该回冲连接器(6)位于该渗透连接器(5)下方。
文档编号B01D61/20GK101835527SQ200880110622
公开日2010年9月15日 申请日期2008年8月8日 优先权日2007年8月8日
发明者托马斯·韦斯, 约翰·简·舒瓦史都 申请人:水溶液国际股份有限公司